探索采煤沉陷區(qū)水系治理方法的新思路

李雁秋

【摘要】本文以淮南西部采煤沉陷區(qū)生態(tài)治理中的水系治理方案為例，針對(duì)水系封閉、水環(huán)境污染、水景破壞等問(wèn)題，提出“流動(dòng)、清潔、活力”的水系統(tǒng)治理目標(biāo)及具體的實(shí)施措施。“流動(dòng)”指在保障基本環(huán)境容量基礎(chǔ)上，結(jié)合地形，增加水系互聯(lián)程度；“清潔”指利用天然沉陷低洼廢棄地及淺積水區(qū)，修建人工濕地對(duì)周邊匯水進(jìn)行深度處理；“活力”指通過(guò)多樣化的水系堤岸布置和河道水系景觀(guān)的建設(shè)提升水景質(zhì)量、豐富水景變化。

關(guān)鍵詞：采煤沉陷區(qū)；水系規(guī)劃；生態(tài)治理

中圖分類(lèi)號(hào)：TD1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

【 Abstract:】 This article in huainan coal mining subsidence area in western ecological management of the water treatment project as an example, in view of the drainage closed, water damage and other issues, put forward "dredge, clean and vitality" of water system management objectives and the implementation of specific measures. "Open" refers to the security, based on the basic environmental capacity, according to the topography increases water system interconnection degree; "Clean" refers to the use of natural subsidence low-lying land and shallow water area, the construction of artificial wetland on surrounding catchment deep processing; "Vigor" means through diversification of river bank arrangement and the construction of river stream landscape improve water quality, rich water scene changes.

Keywords: coal mining subsidence area; Water system planning; Ecological management

采煤沉陷區(qū)是由于地下煤炭資源開(kāi)采以后，采空區(qū)上覆巖層的原始應(yīng)力平衡狀態(tài)受到破壞，依次發(fā)生冒落、斷裂、彎曲等移動(dòng)變形，最終涉及地表，形成比采空區(qū)面積大的近似橢圓形的下沉盆地，地表產(chǎn)生坡地、積水、凹凸不平、裂縫等。在開(kāi)采沉陷和雨水、風(fēng)力等因素的綜合作用下，使得地表產(chǎn)生破壞、推移、變形、沉積等土壤侵蝕現(xiàn)象，平原高潛水位地區(qū)易產(chǎn)生常年和季節(jié)性積水，形成深淺不等、大小不一的各自封閉式的塌陷水面，地表由采礦前的陸地生態(tài)環(huán)境演變?yōu)椴傻V后的水生生態(tài)環(huán)境。在此類(lèi)沉陷地的生態(tài)治理與修復(fù)工作中，水系是關(guān)鍵要素，如何開(kāi)發(fā)利用沉陷水面，充分發(fā)揮水資源優(yōu)勢(shì)對(duì)此類(lèi)沉陷地的綜合治理至關(guān)重要。本文以淮南西部采煤沉陷區(qū)生態(tài)治理中的水系規(guī)劃為案例，探索采煤沉陷區(qū)水系規(guī)劃的思路及方法，對(duì)資源型城市礦區(qū)生態(tài)治理工作的開(kāi)展具有一定的借鑒意義。

1、背景分析

煤炭資源是我國(guó)重要的基礎(chǔ)能源，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中具有重要的戰(zhàn)略地位。煤炭資源開(kāi)采一方面促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，另一方面影響了區(qū)域生態(tài)環(huán)境，如地下開(kāi)采導(dǎo)致地表塌陷、形成大面積水面、煤矸石堆壓土地等，引起區(qū)域耕地絕產(chǎn)、村莊搬遷等一系列社會(huì)問(wèn)題。淮南市西部采煤塌陷區(qū)綜合治理規(guī)劃可為全面實(shí)現(xiàn)區(qū)域“人口、資源、環(huán)境”協(xié)調(diào)發(fā)展，提高人民生活和生產(chǎn)條件，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，全面實(shí)現(xiàn)小康社會(huì)建設(shè)，規(guī)范淮南市采煤塌陷區(qū)水系治理工作，協(xié)調(diào)礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護(hù)的關(guān)系提供支撐和服務(wù)。

采煤沉陷區(qū)概況

由于煤炭資源多年來(lái)大規(guī)模開(kāi)采導(dǎo)致地應(yīng)力減小，淮南市境內(nèi)已形成較大面積的采煤塌陷區(qū)水系。雖然淮南市人民政府及各相關(guān)單位盡力推進(jìn)采煤塌陷區(qū)水系治理工作，但由于缺少塌陷區(qū)治理總體方案、治理責(zé)任主體未落實(shí)、治理資金不到位等原因，使采煤塌陷區(qū)生態(tài)水系環(huán)境破壞嚴(yán)重，給區(qū)域居民生產(chǎn)生活帶來(lái)諸多不便，也給煤礦企業(yè)生產(chǎn)用地和村莊搬遷帶來(lái)巨大難度，有效開(kāi)展采煤塌陷區(qū)綜合整治是一個(gè)亟需解決的問(wèn)題。

淮南煤炭資源開(kāi)采為多煤層開(kāi)采，多煤層開(kāi)采具有以下特點(diǎn)：在同一塌陷區(qū)域內(nèi)由于不同煤層在不同時(shí)期開(kāi)采而會(huì)在不同時(shí)期內(nèi)反復(fù)多次塌陷，此外，隨著開(kāi)采不斷進(jìn)行塌陷深度會(huì)越累積越深。淮南礦區(qū)是我國(guó)典型的高潛水位區(qū)，煤炭資源開(kāi)采結(jié)束以后，會(huì)出現(xiàn)大面積，大深度的常年積水區(qū)。這些特點(diǎn)也為塌陷區(qū)的及時(shí)治理和利用帶來(lái)了不利因素和特殊性。

淮南市是全國(guó)著名的煤炭資源型城市，其西部地區(qū)為老工礦區(qū)，長(zhǎng)期煤炭資源開(kāi)采帶來(lái)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的同時(shí)也破壞了生態(tài)環(huán)境，地表沉陷問(wèn)題尤為突出。西部地區(qū)采礦歷史長(zhǎng)，強(qiáng)度大，沉陷相對(duì)較嚴(yán)重，至2012年底，全市沉陷區(qū)面積達(dá)30.69萬(wàn)畝，由于淮南礦區(qū)屬于平原多煤層開(kāi)采類(lèi)型，煤層傾斜度大，導(dǎo)致地表移動(dòng)和變形大，最大沉陷深度達(dá)19.8米。同時(shí)由于西部地區(qū)緊鄰淮河，地下水位較高，因此沉陷區(qū)地表積水嚴(yán)重，最大水深達(dá)10米以上。

水系治理思路

3.1水系現(xiàn)狀

淮南西部沉陷區(qū)規(guī)劃區(qū)總面積66.3平方千米，其中水體面積約9平方千米，最大水域?yàn)槌龞|部十澗湖為自然水體，其余80%左右均為沉陷水面，預(yù)計(jì)未來(lái)隨著沉陷面積的增加，沉陷積水面積還將逐漸增加。規(guī)劃區(qū)屬半濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年降水量933毫米，且北依淮河，水資源相對(duì)豐富。目前規(guī)劃區(qū)內(nèi)部分水體之間通過(guò)河流及涵洞相互連通。沉陷水面主要水源為：舜耕山系及西部八公山山系來(lái)水；城區(qū)部分生活污水；淮河汛期排水等，水源相對(duì)較豐富。

圖1. 水系現(xiàn)狀圖圖2 匯水分析圖

3.1存在問(wèn)題

（1）水體之間缺乏貫通。仍有大量沉陷水體處于封閉或半封閉狀態(tài)，不利于水系流通和水體自?xún)簟?/p>

（2）水環(huán)境質(zhì)量較差。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)采樣檢測(cè)，沉陷水體水質(zhì)較差，很多已出現(xiàn)富營(yíng)養(yǎng)化狀況。水污染形勢(shì)嚴(yán)峻。西部城區(qū)污水處理能力不足，部分生活污水及工業(yè)廢水直接排入附近河流水體，同時(shí)周邊仍有農(nóng)村居民和部分農(nóng)田，面源污染也對(duì)水環(huán)境造成極大威脅。

（3）沉陷水體周邊環(huán)境較差，亂搭亂建現(xiàn)象嚴(yán)重，地形、植被等遭到沉陷破壞較嚴(yán)重，整體水景觀(guān)較差。

3.2水系治理方法

因地制宜充分利用山水、濕地、農(nóng)田、魚(yú)塘等景觀(guān)肌理，并針對(duì)現(xiàn)狀水系主要問(wèn)題，提出“活力、清潔、流動(dòng)”的水系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)。具體思路為：在維持水體交換，保障基本環(huán)境容量的基礎(chǔ)上，加大水系密度，增加水系互聯(lián)互通，改善沉陷區(qū)水文環(huán)境與水生態(tài)，構(gòu)建聯(lián)通水系；通過(guò)污染源控制，建設(shè)凈化型人工濕地，構(gòu)建清潔水系；通過(guò)不同風(fēng)格水系景觀(guān)的打造，構(gòu)建活力的水系。

3.2.1構(gòu)建活力水系

通過(guò)多樣化的水系堤岸布置和河道水系景觀(guān)的建設(shè)提升水景質(zhì)量、豐富水景變化，滿(mǎn)足安全性、親水性、景觀(guān)性、生態(tài)性等多方面要求。

水系堤岸布置

根據(jù)水系寬度、濱水景觀(guān)分區(qū)、水系景觀(guān)類(lèi)型等方面的要求，確定3種水系堤岸類(lèi)型。

人工護(hù)岸：砌石護(hù)岸能通過(guò)石材加工和砌筑方法來(lái)表達(dá)景觀(guān)的細(xì)微變化、地域特色，作為天然材料，從景觀(guān)角度考慮比較好。混凝土護(hù)岸雖然造型單調(diào)、難以突出河流個(gè)性，但易于施工，造價(jià)低。

自然生態(tài)護(hù)岸：充分利用現(xiàn)狀，對(duì)護(hù)岸進(jìn)行微地形、生態(tài)處理，在保證安全情況下，提倡生態(tài)護(hù)岸。

人工與自然結(jié)合護(hù)岸：根據(jù)景觀(guān)及河道排水要求，不同地段采用不同護(hù)岸形式。

水系景觀(guān)：根據(jù)坡度、周邊綠地系統(tǒng)及建筑類(lèi)型選取水系景觀(guān)形態(tài)，不同景觀(guān)形態(tài)需要不同的水系形態(tài)予以支撐。

靜態(tài)水景：靜態(tài)的水景通常是指水景平靜、幽深、凝重。連續(xù)靜態(tài)水景的串聯(lián)可展示幽靜特點(diǎn)，也可以緩解城市帶來(lái)的硬質(zhì)景觀(guān)，增加環(huán)境的生機(jī)。根據(jù)景觀(guān)要求，各水系可適當(dāng)設(shè)置水位調(diào)控設(shè)施，以利于河道景觀(guān)效果。

跌瀑景觀(guān)：“跌瀑”是根據(jù)地形特點(diǎn)，通過(guò)一定的坡度變化，分段跌落，給人視覺(jué)上的沖擊，形成豐富的水景景觀(guān)層次。

濕地景觀(guān)：濕地具有非常重要的生態(tài)和休閑價(jià)值，在抵御洪水、控制污染、調(diào)節(jié)氣候、美化環(huán)境等方面發(fā)揮很重要的作用，同時(shí)對(duì)維護(hù)生態(tài)系統(tǒng)具有重要意義。結(jié)合地形在邊緣水系、沉陷區(qū)的部分地段可采用濕地形式。

沙岸景觀(guān)：沙岸河道景觀(guān)多設(shè)置在寬敞水面處，通過(guò)在水體邊緣鋪設(shè)砂石以及在護(hù)岸處設(shè)置景觀(guān)植物形成良好的親水環(huán)境。

自然水景觀(guān)：一般位于城市周邊，最大限度維持水體現(xiàn)狀形態(tài)及生態(tài)鏈，為植物生長(zhǎng)以及水生動(dòng)物棲息創(chuàng)造條件。

3.2.2構(gòu)建清潔水系

構(gòu)建清潔水系措施主要包括加大污水收集與處理力度、建設(shè)人工濕地凈化水體、采取工程措施進(jìn)行水系整治、開(kāi)展生態(tài)修復(fù)以提高生態(tài)自?xún)裟芰Φ取４颂幹攸c(diǎn)介紹建設(shè)人工濕地面積的確定。人工濕地污水處理系統(tǒng)是在一定長(zhǎng)寬比及地面坡度的洼地上由填料床和床體上種植的處理性能好、成活率高、抗水性強(qiáng)的植物（如蘆葦和鳳眼蓮等）及水生動(dòng)物、微生物所組成的獨(dú)特生態(tài)環(huán)境，污水流經(jīng)床體表面和填料縫隙時(shí)，通過(guò)過(guò)濾、吸附、沉淀、離子交換、植物吸收和微生物分解等實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的高效凈化。規(guī)劃區(qū)內(nèi)存在大量沉陷低洼廢棄地及淺積水區(qū)，利用這些天然資源修建人工濕地，可顯著降低周邊環(huán)境對(duì)水體的污染脅迫，提高水質(zhì)、改善水環(huán)境。

未來(lái)規(guī)劃區(qū)的污水主要為污水廠(chǎng)尾水（城鄉(xiāng)生活污水）及工礦廢水。根據(jù)《淮南市西部城區(qū)分區(qū)規(guī)劃》對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模的預(yù)測(cè)進(jìn)行污水及污染物的測(cè)算，進(jìn)入人工濕地的水污染物排放特征見(jiàn)下表。

進(jìn)入人工濕地的水污染物特征

污染物種類(lèi) 工業(yè)廢水 生活污水（污水處理廠(chǎng)出水）

污水排放量（萬(wàn)m3/日） 1.93 21.00

BOD濃度（mg/L） 13.19 20.00

BOD總量（噸/日） 0.25 4.20

氨氮濃度（mg/L） 2.51 8.00

氨氮總量（噸/日） 0.05 1.68

城鎮(zhèn)生活污水經(jīng)污水廠(chǎng)處理后仍然無(wú)法直接用于景觀(guān)，排入人工濕地進(jìn)行進(jìn)一步處理后，出水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)將滿(mǎn)足地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)Ⅲ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)，BOD出水濃度小于4mg/L，氨氮出水濃度小于1mg/L。根據(jù)公式(1)對(duì)凈化型人工濕地總需求進(jìn)行估算：

（1）

式中As為濕地面積；Q為流量，a為水力負(fù)荷。分別利用水力負(fù)荷和BOD負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算互為校核。參照國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)及相關(guān)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，人工濕地水力負(fù)荷取20~50mm，BOD負(fù)荷取70~100kg/（ha?d）[3-4]。規(guī)劃區(qū)建設(shè)凈化型人工濕地的總需求約64公頃，總處理能力23萬(wàn)噸/日。

主要凈化型人工濕地規(guī)模

濕地位置 污水來(lái)源 面積

（公頃） 處理規(guī)模

（萬(wàn)噸/日）

淮西湖濕地 工礦生產(chǎn)污水、污水廠(chǎng)尾水、雨水 31.87 11.43

十澗湖濕地 城鎮(zhèn)生活污水、雨水 6.13 2.22

瓦埠湖濕地 污水廠(chǎng)尾水、雨水 26.22 9.28

合 計(jì) 64.22 22.93

3.2.3構(gòu)建流動(dòng)水系

利用ArcGIS對(duì)規(guī)劃區(qū)內(nèi)自然匯水進(jìn)行分析，結(jié)合自然地形條件及現(xiàn)狀水面，規(guī)劃貫通部分水面，形成動(dòng)態(tài)流動(dòng)水面，打造“三湖、一線(xiàn)多渠”的水系格局。

“三湖”：以十澗湖、淮西湖和瓦埠湖為主構(gòu)成的湖面是規(guī)劃區(qū)水系的核心部分，其中淮西湖及十澗湖濕地均為沉陷水面治理而來(lái)。三湖以生態(tài)保育和景觀(guān)利用為主，嚴(yán)格控制水體污染。

“一線(xiàn)”：在現(xiàn)狀水系聯(lián)通的河流、涵洞基礎(chǔ)上，將主要水面進(jìn)行聯(lián)通，同時(shí)增強(qiáng)規(guī)劃區(qū)內(nèi)水體與外界水體的聯(lián)系，向北與淮河聯(lián)通，向南延伸至瓦埠湖，加快水體交換，提高水體自?xún)裟芰Α?/p>

“多渠”：根據(jù)區(qū)域地形與水系匯水特點(diǎn)，在現(xiàn)狀山脈匯水通道基礎(chǔ)上，分別自西部八公山和東部舜耕山修建多條匯水通道，穿越西部城區(qū)進(jìn)入規(guī)劃區(qū)水系和濕地系統(tǒng)，沿渠兩側(cè)布置綠化，引水入城，建立連接區(qū)域內(nèi)外的生態(tài)交換網(wǎng)絡(luò)。

圖3 水系結(jié)構(gòu)圖 圖4 水系布局圖

4、結(jié)語(yǔ)

采煤沉陷區(qū)擁有豐富的水系資源，合理開(kāi)發(fā)利用有助于涵養(yǎng)城市生態(tài)環(huán)境美化、豐富區(qū)域景觀(guān)。本文通過(guò)對(duì)淮南采煤沉陷區(qū)的水系治理方法進(jìn)行了有益的探索和嘗試，針對(duì)沉陷區(qū)水系特點(diǎn)，提出“活力、清潔、流動(dòng)”的水系治理目標(biāo)，并探討利用濕地、防護(hù)林涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)氣候等功能，最大限度地發(fā)揮水系的生態(tài)效益。利用原有水體營(yíng)造自然水景、跌瀑景觀(guān)、濕地景觀(guān)、沙岸景觀(guān)。以濕地植物為主要造景元素，展示豐富多彩的濕地水景空間，讓人們可以在此感受濕地的水景、野趣、森林的寧?kù)o、清新的空氣……。

參考文獻(xiàn)

渠俊峰, 李鋼, 張紹良. 基于平原高潛水位采煤塌陷土地復(fù)墾的人工濕地規(guī)劃—

2008, (3): 27-30.

淮南市西部采煤沉陷區(qū)生態(tài)治理規(guī)劃（2009-2025年）